7 fakta du kanske inte känner till om fjädrar och var de används

Fjädrar är mer än bara metallkomponenter. De bygger på fysik, ingenjörskonst och uppfinningsrikedom och har utvecklats under lång tid. Enligt uppgiften i den länkade källan uppfann R. Tradewell en tidig fjäderkonstruktion år 1763.

Sedan dess har fjädrar fått en viktig roll inom många olika branscher tack vare sin mångsidighet och förmåga att anpassas efter olika funktioner. De har också bidragit till tekniska lösningar och framsteg som tidigare kunde verka svåra att genomföra.

Fjädrar var en viktig del av Apollo 11

Fakta 1

Under utvecklingen av Apollo 11 testade man de fjädrar som användes för att fälla ut landningsstället under flera olika förhållanden. Testerna omfattade bland annat saltmiljö, dimma, vakuum och termiskt vakuum. De flesta testerna genomfördes dock under normala omgivningsförhållanden för att efterlikna förhållandena på månen.

Man fastställde fjädrarnas energiprestanda genom praktiska tester.

Under testerna behövde man även genomföra prov i tyngdlöst tillstånd för att verifiera energibehovet och utvärdera de tekniska lösningarna inför uppdraget. De tidiga testerna av Apollo 11 visade att funktion, timing och belastning påverkade hur snabbt landningsstället kunde fällas ut.

NASA uppges ha testat utfällningen av landningsstället upp till 250 gånger inför Apollo 11-uppdraget.

Under certifieringen inträffade två fel vid utfällningen. Orsakerna var felaktigt smörjmedel vid termiska vakuumtester, störningar från isoleringen och för låg fjäderenergi i landningsstället på Apollo 9.

För att åtgärda problemen konstruerade man om isoleringen, ökade fjäderenergin och införde strängare testkriterier. Komponenttesterna fokuserade på bladfjädrar och gav bättre kunskap om deras beteende och prestanda.

Flera andra fjädrar användes i raketens konstruktion, bland annat i mekanismer för dörrar, knappar och andra funktioner. Bland dessa användningsområden för fjädrar var landningsställets funktion särskilt kritisk, och dess tillförlitlighet hade stor betydelse för uppdraget.

Foto av Brian McGowan

Burj Khalifa använder fjädrar i sin arkitektur

Fakta 2

MMånga känner inte till att världens högsta byggnad, Burj Khalifa, använder avancerade tekniska lösningar för att hantera vindlaster och rörelser i byggnaden. Enligt den här texten ingår även ett avstämt massdämpningssystem som bidrar till stabilitet och säkerhet vid kraftiga vindar och seismisk aktivitet, till exempel jordbävningar.

Burj Khalifa är 828 meter hög och når cirka 830 meter till den yttersta spetsen. Byggnadens bärande konstruktion behövde därför utformas för att hantera rörelser och vibrationer.

För att minska svajningar använder byggnaden ett massdämpningssystem med ett stort betongblock på cirka 660 ton, upphängt högt upp i konstruktionen. Blocket fungerar som en motvikt och hjälper till att dämpa byggnadens rörelser.

Vi vet inte exakt hur många fjädrar som användes när Burj Khalifa byggdes. Däremot vet vi att projektet krävde mer än 22 miljoner arbetstimmar och att byggnaden innehåller omkring 39 000 ton armeringsstål.

Foto av ZQ Lee

Fjädrar används i dammar världen över

Fakta 3

Bävrar byggde dammar långt innan människor började göra det. När vi tog efter samma principer utvecklade vi allt större och mer komplexa konstruktioner med flera olika funktioner.

Tidiga dammar byggdes ofta av sten, jord och lera, medan moderna dammar vanligtvis uppförs i betong.

Dammars främsta funktion är att reglera vattenflöden, men också att ta tillvara kraften i strömmande vatten och anpassa den för mänsklig användning. Före industrialiseringen var skovelhjul som drevs av mindre dammar en vanlig metod för vattenhantering. Under den industriella revolutionen utvecklades detta till de enorma turbiner som används i stora kraftverksdammar.

Under 1900-talet ökade byggandet av stora dammar kraftigt för att möta den växande efterfrågan på el. Hooverdammen, som stod färdig 1936, är ett tydligt exempel på avancerad ingenjörskonst. Dammen skapade den stora reservoaren Lake Mead  som både hjälper till att reglera vattenflöden och bidrar till dricksvattenförsörjningen.

I storskaliga dammar används fjädrar i många olika system, bland annat i luckmekanismer, överfalls- och utskovssystem, expansionsfogar, dämpningssystem, tryckavlastningsventiler och seismisk isolering.

Foto av Jakob Køhn

Moderna telefoner innehåller fjädrar

Fakta 4

Oavsett om du använder en iPhone, en Android-telefon eller en fast telefon finns det sannolikt någon form av fjädermekanism inuti.

Redan i slutet av 1800-talet användes fjädrar i telefoner med fingerskiva för att föra nummerskivan tillbaka till sitt ursprungliga läge.

Almon Brown Strowger fick det första patentet för en telefon med fingerskiva år 1892. Konstruktionen med hål i nummerskivan introducerades år 1904.

I moderna telefoner används fjädrar på många olika sätt. Små integrerade fjädrar i miniatyrmotorer bidrar till vibrationer vid aviseringar och inkommande samtal, medan andra fjädrar används i tryckknappar som lås- och volymknappar.

Foto av Nathana Rebouças

Medicinska pacemakrar

Fakta 5

Pacemakrar är inte lika vanliga som telefoner, men de är livsviktig medicinteknisk utrustning för personer med oregelbunden hjärtrytm. De stabiliserar och reglerar hjärtrytmen genom att skicka små elektriska impulser till hjärtat.

Enligt British Heart Foundation har fler än en halv miljon personer i Storbritannien fått en pacemaker inopererad. NHS uppskattar också att omkring 50 000 personer får en pacemaker varje år.

I pacemakrar fyller fjädrar flera viktiga funktioner. De säkrar batterier, skapar tillförlitliga elektriska anslutningar, håller kontakt med elektroder, möjliggör magnetbrytare, stödjer avkänningsmekanismer, underlättar finjusteringar och bidrar till korrekt montering i kapslingen.

Vill du veta mer om hur fjädrar används i medicintekniska produkter?

Läs ‘Medical Device Springs: The Hidden Precision Behind Critical Tech’.

Foto av Wikipedia

Shinkansen, Japans höghastighetståg

Fakta 6

Japans stora huvudöar Honshu, Kyushu och Hokkaido trafikeras av ett omfattande nätverk av höghastighetståg som förbinder Tokyo med de flesta större städer. Ett av de snabbaste och mest välkända sätten att resa är med Shinkansen, som kan nå hastigheter på upp till 320 km/h.

Tokaido Shinkansen är en av de nio Shinkansen-linjerna och förbinder Tokyo med Osaka. Linjen går söderut från huvudstaden och är en av de viktigaste höghastighetsförbindelserna i Japan.

Sedan introduktionen 1964 har Shinkansen utvecklats genom många förbättringar och tekniska förändringar. Fjädrar har bidragit till utvecklingen genom att möjliggöra högre hastigheter, ökad säkerhet, bättre passagerarkomfort, effektivare nödbromsning och förbättrad vibrationsdämpning.

Genom att använda fjädrar i flera delar av tågets konstruktion kan Shinkansen kombinera hög hastighet med säkerhet och god passagerarkomfort. Fjädrarna absorberar stötar, bidrar till stabilitet och möjliggör mjuka rörelser. Det hjälper tågen att köras effektivt och tillförlitligt samtidigt som vibrationer och bullret från järnvägstrafiken minskar. 

Foto av Fikri Rasyid

Bröderna Wrights första flygning

Fakta 7

Bröderna Wrights första motordrivna flygning år 1903 blev en historisk milstolpe. Flygplanet byggde på innovativ ingenjörskonst och nytänkande, och fjädrar användes i flera mekaniska funktioner för att bidra till en säker och kontrollerad flygning.

Bröderna Wrights användning av fjädrar visar hur de kombinerade ingenjörskunskap med målet att skapa en kontrollerad flygning. Dessa till synes enkla komponenter bidrog till flera mekaniska funktioner i samspelet mellan lyftkraft, balans och styrning och blev därmed en del av den konstruktion som gjorde flygningen möjlig.

På samma sätt som fjädrar bidrar till balansen mellan hastighet, säkerhet och komfort i Shinkansen-tågen spelade de en viktig roll i bröderna Wrights arbete med att utveckla den tidiga flygtekniken och forma flygets historia.

Foto av History in HD

Fjädrar och historia: slutsats

Som vi har sett har fjädrar spelat en viktig roll i människans tekniska utveckling sedan 1700-talet och är fortfarande centrala i många moderna konstruktioner. Deras förmåga att lagra, överföra och frigöra energi gör dem svåra att ersätta i många mekaniska system.

I dag finns många olika typer av fjädrar, bland annat spiralfjädrar, tryckfjädrar, dragfjädrar och vridfjädrar. De tillverkas i allt från mikroskopiska dimensioner till storlekar på över 1,8 meter.